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《硅上的横向外延过度生长以提高紫外线输出功率》

  • 来源专题：集成电路
  • 编译者： Lightfeng
  • 发布时间：2018-11-11

  • 日本，美国和土耳其的研究人员利用在200mm硅基板上生长的材料开发了高亮度紫外（UV）氮化铝镓（AlGaN）发光二极管（LED）技术[Yoann Robin等，Materials Science in Semiconductor Processing ，vol90，p87,2019]。 来自日本名古屋大学，美国弗吉尼亚联邦大学，土耳其Cumhuriyet大学和美国西北大学的团队使用横向外延过度生长方法来改善材料质量。 研究人员报告说：“AlN质量和结构设计的改进使光输出功率在脉冲电流下达到毫瓦范围，超过了之前报道的最高效率。”

    将LED芯片翻转并安装在具有金 - 锡共晶键合的预先图案化的AlN底座上。 使用氢氟酸/硝酸/乙酸混合物除去硅衬底。 在湿蚀刻期间，用蜡保护器件的侧面。 与蓝宝石不同，基板去除至关重要，因为硅吸收紫外线辐射。 然后将这些器件用铟粘合到铜散热器上，最后进行引线键合以进行电连接。 基于蓝宝石的比较LED是类似地制造的，但没有基板去除。

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    • 编译者：shenxiang
    • 发布时间：2018-11-16
    • 日本，美国和土耳其的研究人员利用在200mm硅基板上生长的材料开发了高亮度紫外（UV）氮化铝镓（AlGaN）发光二极管（LED）技术[Yoann Robin等，Materials Science in Semiconductor Processing ，vol90，p87,2019]。 来自日本名古屋大学，美国弗吉尼亚联邦大学，土耳其Cumhuriyet大学和美国西北大学的团队使用横向外延过度生长方法来改善材料质量。 研究人员报告说：“AlN质量和结构设计的改进使光输出功率在脉冲电流下达到毫瓦范围，超过了之前报道的最高效率。” 将LED芯片翻转并安装在具有金 - 锡共晶键合的预先图案化的AlN底座上。 使用氢氟酸/硝酸/乙酸混合物除去硅衬底。 在湿蚀刻期间，用蜡保护器件的侧面。 与蓝宝石不同，基板去除至关重要，因为硅吸收紫外线辐射。 然后将这些器件用铟粘合到铜散热器上，最后进行引线键合以进行电连接。 基于蓝宝石的比较LED是类似地制造的，但没有基板去除。
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  • 《高亮度AlGaN紫外发射二极管的制备：图案化硅基底上横向外延过生长工艺，提高紫外线输出功率》
    • 来源专题：半导体工艺技术
    • 编译者：shenxiang
    • 发布时间：2018-11-09
    • 紫外发射器可应用于激光打印、大容量数据存储、白色照明、水净化和消毒等数个领域。目前研究的紫外发光二极管（UV light emitting diodes，UV-LED）是基于四元合金AlGaInN，主要通过金属有机化学气相沉积（MOCVD）生长方法制备。然而，由于缺乏廉价的天然衬底，氮化物材料必须通过异质外延方法生长。由于硅晶圆的广泛可用性及其在电子芯片中许多可能的混合使用，在硅上直接生长紫外发射器是非常有吸引力的一个研究方向。 众所周知，热失配和晶格失配容易导致较高的位错密度，这降低了晶体生长的质量，从而极大地降低了器件的性能。除了Si和AlN之间非常高的热失配和晶格失配之外，AlN在硅上的生长是非常具有挑战性的，因为氮化物结构是六角形的，而硅显示出金刚石立方晶格。通常，AlN生长在显示六重表面对称性的Si(111)上，而不是标准Si(100)。到目前为止，在Si(111)上生长高质量AlN主要有两种技术：通过氨气脉冲流在裸硅上生长多层AlN膜和无掩模横向外延过生长(lateral epitaxy overgrowth，LEO)。第一种方法是对生长模式进行调制，从三维岛核到二维横向增强生长，以释放应力和掩埋位错。第二种方法利用了横向外延过生长技术在硅衬底上生长GaN。该原理依赖于具有高位错密度的图案化种子层的再生长。在合适的条件下，过生长横向扩展，并导致图案化层两侧的低位错密度翼最终合并，在表面下留下空隙。利用这两种技术，已经获得了具有大幅度降低位错密度的高质量材料，并且已经证实了可制备有前途的UV-LED。然而，由于光提取效率低，它们的性能仍然很低。此外，在硅等不透明衬底上生长的器件通常采用顶部发射结构，顶部接触吸收光，而空气界面处的全内反射现象则大大减少了从顶部结构发射的光量。虽然使用光子晶体、微透镜阵列，以及模具成形和表面织构，可以解决这个问题。但是这些技术相当复杂，或者并不总是与有效热管理所需的倒装芯片体系结构兼容。 来自日本名古屋大学、美国弗吉尼亚联邦大学、土耳其卡夫里大学和美国西北大学的研究小组使用横向外延生长方法提高材料质量，在200mm硅衬底上生长材料开发了氮化铝镓高亮度紫外发光二极管(AlGaN-UV-LED)的技术。 研究人员利用横向外延过生长方法，证明了6µm厚高结晶质量AlN层的生长。X-射线衍射分析表明，在（00.2）和（10.2）平面的最大半宽为553″和768″。AlN模板的低位错密度使得生长的AlGaN/GaN量子阱得以在336 nm发射。通过适当的倒装键合和硅衬底去除工艺步骤，使图案化的AlN表面暴露出来，实现了高效的底发射UV-LED。 研究人员指出：“AlN质量的改进和结构设计使得光输出功率在脉冲电流下达到毫瓦范围，超过了之前报道的最大效率。” 对不同脉冲电流和占空比下的光功率的进一步研究表明，这种器件结构的热管理仍然具有挑战性，特别是在连续波模式下。由于AlN晶体质量的改善和光提取的优化是抑制硅制造高效紫外发射器件的主要问题，因此本研究所提出的策略是令人感兴趣的。 图1 (A) 不同电流密度下，硅和蓝宝石(Al2O3)上生长的UV-LEDs的电发光光谱。(B)生长在硅上的器件结构示意图。 相关研究发表在《Materials Science in Semiconductor Processing》，Published: 18 October 2018.，https://doi.org/10.1016/j.mssp.2018.09.027，题目：“7High brightness ultraviolet light-emitting diodes grown on patterned silicon substrate”。
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